JPH0941093A - 耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高強度マルテンサイト系ステンレス鋼 - Google Patents
耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高強度マルテンサイト系ステンレス鋼Info
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- JPH0941093A JPH0941093A JP19198395A JP19198395A JPH0941093A JP H0941093 A JPH0941093 A JP H0941093A JP 19198395 A JP19198395 A JP 19198395A JP 19198395 A JP19198395 A JP 19198395A JP H0941093 A JPH0941093 A JP H0941093A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ＣＯ2 、Ｃｌ- 、Ｈ2 Ｓ等を含む過酷な腐食環
境下において優れた耐ＣＯ2 腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食
割れ性、耐孔食性に加え、耐硫化物応力腐食割れ性有す
る耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高強度マルテンサイ
ト系ステンレス鋼を提供する。 【解決手段】Ｃ含有量を０．０１ｍａｓｓ％以上０．０
５ｍａｓｓ％以下にした１３％Ｃｒ鋼にＮｉ、Ｍｏ、Ｃ
ｕ、ＮおよびＣａを添加し、さらにＳ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ
を低減した。
境下において優れた耐ＣＯ2 腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食
割れ性、耐孔食性に加え、耐硫化物応力腐食割れ性有す
る耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高強度マルテンサイ
ト系ステンレス鋼を提供する。 【解決手段】Ｃ含有量を０．０１ｍａｓｓ％以上０．０
５ｍａｓｓ％以下にした１３％Ｃｒ鋼にＮｉ、Ｍｏ、Ｃ
ｕ、ＮおよびＣａを添加し、さらにＳ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ
を低減した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば原油の油井
や天然ガスのガス井の鋼管として使用される耐硫化物応
力腐食割れ性に優れた高強度マルテンサイト系ステンレ
ス鋼に関し、特に、炭酸ガス（ＣＯ2 ）、塩素イオン
（Ｃｌ- ）、硫化水素（Ｈ2 Ｓ）などを含む極めて腐食
環境の厳しい油井やガス井の鋼管として使用するのに適
した、耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高強度マルテン
サイト系ステンレス鋼に関する。
や天然ガスのガス井の鋼管として使用される耐硫化物応
力腐食割れ性に優れた高強度マルテンサイト系ステンレ
ス鋼に関し、特に、炭酸ガス（ＣＯ2 ）、塩素イオン
（Ｃｌ- ）、硫化水素（Ｈ2 Ｓ）などを含む極めて腐食
環境の厳しい油井やガス井の鋼管として使用するのに適
した、耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高強度マルテン
サイト系ステンレス鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年に至り、原油価格の高騰や近い将来
に予測される石油資源の枯渇化を目前にして、従来は顧
みられなかったような深層油田や、開発が一旦は放棄さ
れていた腐食性の強いサワーガス田等に対する開発が、
世界的規模で盛んになっている。このような油田やガス
田は、一般に、深度が極めて深く、またその雰囲気はＣ
Ｏ2 、Ｃｌ- 、Ｈ2 Ｓ等を含む厳しい腐食環境となって
いる。従って、このような油田やガス田の採掘に使用さ
れる油井鋼管の材質としては、高強度でしかも耐食性、
耐応力腐食割れ性を兼ね備えた材質が要求される。
に予測される石油資源の枯渇化を目前にして、従来は顧
みられなかったような深層油田や、開発が一旦は放棄さ
れていた腐食性の強いサワーガス田等に対する開発が、
世界的規模で盛んになっている。このような油田やガス
田は、一般に、深度が極めて深く、またその雰囲気はＣ
Ｏ2 、Ｃｌ- 、Ｈ2 Ｓ等を含む厳しい腐食環境となって
いる。従って、このような油田やガス田の採掘に使用さ
れる油井鋼管の材質としては、高強度でしかも耐食性、
耐応力腐食割れ性を兼ね備えた材質が要求される。
【０００３】一般に、ＣＯ2 、Ｃｌ- を含む環境下で
は、耐ＣＯ2 耐食性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性、耐孔食
性の優れた１３％Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼管
が使用される。しかし、ＣＯ2 やＣｌ- の他、さらにＨ
2 Ｓが共存する環境では、１３％Ｃｒマルテンサイト系
ステンレス鋼の耐硫化物応力腐食割れ性が低いことか
ら、高価な２相ステンレス鋼が用いられているのが実情
である。このため、耐ＣＯ 2 腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食
割れ性、耐孔食性に加え、耐硫化物応力腐食割れ性をも
兼ね備えた油井管用の１３％Ｃｒマルテンサイト系ステ
ンレス鋼の開発が強く望まれている。
は、耐ＣＯ2 耐食性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性、耐孔食
性の優れた１３％Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼管
が使用される。しかし、ＣＯ2 やＣｌ- の他、さらにＨ
2 Ｓが共存する環境では、１３％Ｃｒマルテンサイト系
ステンレス鋼の耐硫化物応力腐食割れ性が低いことか
ら、高価な２相ステンレス鋼が用いられているのが実情
である。このため、耐ＣＯ 2 腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食
割れ性、耐孔食性に加え、耐硫化物応力腐食割れ性をも
兼ね備えた油井管用の１３％Ｃｒマルテンサイト系ステ
ンレス鋼の開発が強く望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑み、ＣＯ2 、Ｃｌ- 、Ｈ2 Ｓ等を含む過酷な腐食環境
下において優れた耐ＣＯ2 腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食割
れ性、耐孔食性に加え、耐硫化物応力腐食割れ性を有す
る耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高強度マルテンサイ
ト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
鑑み、ＣＯ2 、Ｃｌ- 、Ｈ2 Ｓ等を含む過酷な腐食環境
下において優れた耐ＣＯ2 腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食割
れ性、耐孔食性に加え、耐硫化物応力腐食割れ性を有す
る耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高強度マルテンサイ
ト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、耐ＣＯ2
腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性、耐孔食性の点では油
井鋼管に適していると考えられる１３％Ｃｒマルテンサ
イト系ステンレス鋼に着目し、そのマルテンサイト系ス
テンレス鋼の耐硫化物応力腐食割れ性を十分に改善する
ために、１３％Ｃｒ鋼をベースとして、種々の合金成分
について、ＣＯ 2 、Ｃｌ- 、Ｈ2 Ｓを含む環境下での耐
硫化物応力腐食割れ性を調べる各種の実験を行い検討を
重ねた。その結果、Ｃを従来よりも著しく低減した１３
％Ｃｒ鋼において、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎ、およびＣａ
を添加し、さらにＳ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏを低減することに
よって、良好な熱間加工性が確保されると共に、上述の
環境下での耐硫化物応力腐食割れ性が著しく改善される
ことを見出し、本発明をなすに至った。
腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性、耐孔食性の点では油
井鋼管に適していると考えられる１３％Ｃｒマルテンサ
イト系ステンレス鋼に着目し、そのマルテンサイト系ス
テンレス鋼の耐硫化物応力腐食割れ性を十分に改善する
ために、１３％Ｃｒ鋼をベースとして、種々の合金成分
について、ＣＯ 2 、Ｃｌ- 、Ｈ2 Ｓを含む環境下での耐
硫化物応力腐食割れ性を調べる各種の実験を行い検討を
重ねた。その結果、Ｃを従来よりも著しく低減した１３
％Ｃｒ鋼において、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎ、およびＣａ
を添加し、さらにＳ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏを低減することに
よって、良好な熱間加工性が確保されると共に、上述の
環境下での耐硫化物応力腐食割れ性が著しく改善される
ことを見出し、本発明をなすに至った。
【０００６】具体的には、本発明の耐硫化物応力腐食割
れ性に優れた高強度マルテンサイト系ステンレス鋼は、
Ｃ：０．０１ｍａｓｓ％以上０．０５ｍａｓｓ％以下、
Ｓｉ：０．３０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．３０ｍａｓ
ｓ％以上１．２０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０２５ｍａ
ｓｓ％以下、Ｓ：０．００３ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：１
２．０ｍａｓｓ％以上１４．０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：
３．０ｍａｓｓ％以上５．５ｍａｓｓ％以下、Ｍｏ：
１．０ｍａｓｓ％以上２．５ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：
１．０ｍａｓｓ％以上２．５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：
０．０１ｍａｓｓ％以上０．０５ｍａｓｓ％以下、Ｎ：
０．０３ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下、Ｏ：
０．００５ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび
不可避的不純物からなることを特徴とするものである。
れ性に優れた高強度マルテンサイト系ステンレス鋼は、
Ｃ：０．０１ｍａｓｓ％以上０．０５ｍａｓｓ％以下、
Ｓｉ：０．３０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．３０ｍａｓ
ｓ％以上１．２０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０２５ｍａ
ｓｓ％以下、Ｓ：０．００３ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：１
２．０ｍａｓｓ％以上１４．０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：
３．０ｍａｓｓ％以上５．５ｍａｓｓ％以下、Ｍｏ：
１．０ｍａｓｓ％以上２．５ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：
１．０ｍａｓｓ％以上２．５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：
０．０１ｍａｓｓ％以上０．０５ｍａｓｓ％以下、Ｎ：
０．０３ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下、Ｏ：
０．００５ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび
不可避的不純物からなることを特徴とするものである。
【０００７】ここで、さらに、Ｃａ：０．００１ｍａｓ
ｓ％以上０．００５ｍａｓｓ％以下、を含有することが
好ましい。以下、本発明のマルテンサイト系ステンレス
鋼について更に詳細に説明する。先ず、本発明における
鋼成分限定理由について説明する。
ｓ％以上０．００５ｍａｓｓ％以下、を含有することが
好ましい。以下、本発明のマルテンサイト系ステンレス
鋼について更に詳細に説明する。先ず、本発明における
鋼成分限定理由について説明する。
【０００８】Ｃは、マルテンサイト系ステンレス鋼管の
強度に関係する重要な元素であるが、後述のＮｉの添加
によって、焼き戻し時に耐食性や機械的性質が劣化する
鋭敏化が起こりやすくなる。その鋭敏化を起こさせない
ためにはＣを０．０５ｍａｓｓ％以下にする必要があ
り、また、Ｃを０．０１ｍａｓｓ％未満にすると製造コ
ストが著しく上昇することから、Ｃを０．０１〜０．０
５ｍａｓｓ％とした。なお、本発明では、後述するよう
に、Ｃの低減による強度低下をＮｉの添加によって補う
こととした。
強度に関係する重要な元素であるが、後述のＮｉの添加
によって、焼き戻し時に耐食性や機械的性質が劣化する
鋭敏化が起こりやすくなる。その鋭敏化を起こさせない
ためにはＣを０．０５ｍａｓｓ％以下にする必要があ
り、また、Ｃを０．０１ｍａｓｓ％未満にすると製造コ
ストが著しく上昇することから、Ｃを０．０１〜０．０
５ｍａｓｓ％とした。なお、本発明では、後述するよう
に、Ｃの低減による強度低下をＮｉの添加によって補う
こととした。
【０００９】Ｓｉは、通常の製鋼過程においては脱酸剤
として必要な元素であるが、０．３０ｍａｓｓ％を超え
るとδフェライトの発生を招き、耐ＣＯ2 腐食性を低下
させ、さらに熱間加工性も低下させることから、Ｓｉを
０．３０ｍａｓｓ％以下とした。Ｍｎは、油井管用マル
テンサイト系ステンレス鋼管としての強度を確保するた
めに０．３０ｍａｓｓ％以上必要であるが、１．２０ｍ
ａｓｓ％を超えると靭性に悪影響を及ぼすことから、Ｍ
ｎを０．３０〜１．２０ｍａｓｓ％とした。
として必要な元素であるが、０．３０ｍａｓｓ％を超え
るとδフェライトの発生を招き、耐ＣＯ2 腐食性を低下
させ、さらに熱間加工性も低下させることから、Ｓｉを
０．３０ｍａｓｓ％以下とした。Ｍｎは、油井管用マル
テンサイト系ステンレス鋼管としての強度を確保するた
めに０．３０ｍａｓｓ％以上必要であるが、１．２０ｍ
ａｓｓ％を超えると靭性に悪影響を及ぼすことから、Ｍ
ｎを０．３０〜１．２０ｍａｓｓ％とした。
【００１０】Ｐは、耐ＣＯ2 腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食
割れ性、耐孔食性、および耐硫化物応力腐食割れ性をと
もに劣化させる元素であり、その含有量は可及的に少な
いことが望ましいが、極端な低減は製造コストの上昇を
招く。工業的に比較的安価に実施可能でかつ耐ＣＯ2 腐
食性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性、耐孔食性、および耐硫
化物応力腐食割れ性を劣化させない範囲としてＰを０．
０２５ｍａｓｓ％以下とした。
割れ性、耐孔食性、および耐硫化物応力腐食割れ性をと
もに劣化させる元素であり、その含有量は可及的に少な
いことが望ましいが、極端な低減は製造コストの上昇を
招く。工業的に比較的安価に実施可能でかつ耐ＣＯ2 腐
食性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性、耐孔食性、および耐硫
化物応力腐食割れ性を劣化させない範囲としてＰを０．
０２５ｍａｓｓ％以下とした。
【００１１】Ｓは、パイプ製造過程において鋼の熱間加
工性を著しく劣化させる元素であり、可及的に少ないこ
とが望ましいが、０．００３ｍａｓｓ％以下に低減すれ
ば通常の工程でのパイプ製造が可能となることから、Ｓ
の上限を０．００３ｍａｓｓ％とした。Ｃｒは、耐ＣＯ
2 腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性を維持するための主
要な元素であり、耐食性の観点からは１２．０ｍａｓｓ
％以上必要であるが、１４．０ｍａｓｓ％を超えるとδ
フェライトの発生を招き、熱間加工性が劣化することか
ら、Ｃｒを１２．０〜１４．０ｍａｓｓ％とした。
工性を著しく劣化させる元素であり、可及的に少ないこ
とが望ましいが、０．００３ｍａｓｓ％以下に低減すれ
ば通常の工程でのパイプ製造が可能となることから、Ｓ
の上限を０．００３ｍａｓｓ％とした。Ｃｒは、耐ＣＯ
2 腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性を維持するための主
要な元素であり、耐食性の観点からは１２．０ｍａｓｓ
％以上必要であるが、１４．０ｍａｓｓ％を超えるとδ
フェライトの発生を招き、熱間加工性が劣化することか
ら、Ｃｒを１２．０〜１４．０ｍａｓｓ％とした。
【００１２】Ｎｉは、保護皮膜を強固にして、耐ＣＯ2
腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性、耐孔食性、および耐
硫化物応力腐食割れ性を高めるとともに、Ｃを低減した
１３％Ｃｒ鋼の強度を上昇させるために添加されるが、
３．０ｍａｓｓ％未満ではその効果は認められず、５．
５ｍａｓｓ％を超えるとマルテンサイト組織の安定性を
損なうことから、Ｎｉを３．０〜５．５ｍａｓｓ％とし
た。
腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性、耐孔食性、および耐
硫化物応力腐食割れ性を高めるとともに、Ｃを低減した
１３％Ｃｒ鋼の強度を上昇させるために添加されるが、
３．０ｍａｓｓ％未満ではその効果は認められず、５．
５ｍａｓｓ％を超えるとマルテンサイト組織の安定性を
損なうことから、Ｎｉを３．０〜５．５ｍａｓｓ％とし
た。
【００１３】Ｍｏは、Ｃｌ- による孔食に対する抵抗性
を鋼に与える元素であるが、１．０ｍａｓｓ％未満では
その効果は認められず、２．５ｍａｓｓ％を超えるとδ
フェライトの発生を招き、耐ＣＯ2 腐食性、耐ＣＯ2 応
力腐食割れ性、および熱間加工性が低下することから、
Ｍｏを１．０〜２．５ｍａｓｓ％とした。Ｃｕは、保護
皮膜を強固にして鋼中への水素の侵入を抑制し、耐硫化
物応力腐食割れ性を高める元素であるが、１．０ｍａｓ
ｓ％未満ではその効果が得られず、２．５ｍａｓｓ％を
超えると高温でＣｕＳが粒界析出し、熱間加工性が低下
することから、Ｃｕを１．０〜２．５ｍａｓｓ％とし
た。
を鋼に与える元素であるが、１．０ｍａｓｓ％未満では
その効果は認められず、２．５ｍａｓｓ％を超えるとδ
フェライトの発生を招き、耐ＣＯ2 腐食性、耐ＣＯ2 応
力腐食割れ性、および熱間加工性が低下することから、
Ｍｏを１．０〜２．５ｍａｓｓ％とした。Ｃｕは、保護
皮膜を強固にして鋼中への水素の侵入を抑制し、耐硫化
物応力腐食割れ性を高める元素であるが、１．０ｍａｓ
ｓ％未満ではその効果が得られず、２．５ｍａｓｓ％を
超えると高温でＣｕＳが粒界析出し、熱間加工性が低下
することから、Ｃｕを１．０〜２．５ｍａｓｓ％とし
た。
【００１４】Ａｌは、強力な脱酸作用を有するものの、
その脱酸作用の効果は０．０１ｍａｓｓ％未満では十分
でなく、０．０５ｍａｓｓ％を超えると靭性に悪影響を
及ぼすことから、Ａｌを０．０１〜０．０５ｍａｓｓ％
とした。Ｎは、耐孔食性を著しく向上させる元素である
が、耐孔食性の効果は０．０３ｍａｓｓ％未満では十分
ではなく、０．０８ｍａｓｓ％を超えると種々の窒化物
を形成して靭性を劣化させることから、Ｎを０．０３〜
０．０８ｍａｓｓ％とした。
その脱酸作用の効果は０．０１ｍａｓｓ％未満では十分
でなく、０．０５ｍａｓｓ％を超えると靭性に悪影響を
及ぼすことから、Ａｌを０．０１〜０．０５ｍａｓｓ％
とした。Ｎは、耐孔食性を著しく向上させる元素である
が、耐孔食性の効果は０．０３ｍａｓｓ％未満では十分
ではなく、０．０８ｍａｓｓ％を超えると種々の窒化物
を形成して靭性を劣化させることから、Ｎを０．０３〜
０．０８ｍａｓｓ％とした。
【００１５】Ｏは、本発明の鋼の性能を十分に発揮させ
るために、極めて重要な元素である。すなわち、その含
有量が多いと各種の酸化物を形成して熱間加工性、耐Ｃ
Ｏ2腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性、耐孔食性、耐硫
化物応力腐食割れ性、および靭性を著しく低下させるた
め、Ｏを０．００５ｍａｓｓ％以下とした。Ｃａは、Ｓ
をＣａＳとして固定しＳ系介在物を球状化することによ
り、Ｓ系介在物の周囲におけるマトリックスの格子歪を
小さくして、水素のトラップ能を下げる作用がある。そ
の効果は０．００１ｍａｓｓ％未満では顕著ではなく、
０．００５ｍａｓｓ％を超えるとＣａＯの増加を招き、
耐ＣＯ2 腐食性、耐孔食性が低下することから、Ｃａを
０．００１〜０．００５ｍａｓｓ％とした。
るために、極めて重要な元素である。すなわち、その含
有量が多いと各種の酸化物を形成して熱間加工性、耐Ｃ
Ｏ2腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性、耐孔食性、耐硫
化物応力腐食割れ性、および靭性を著しく低下させるた
め、Ｏを０．００５ｍａｓｓ％以下とした。Ｃａは、Ｓ
をＣａＳとして固定しＳ系介在物を球状化することによ
り、Ｓ系介在物の周囲におけるマトリックスの格子歪を
小さくして、水素のトラップ能を下げる作用がある。そ
の効果は０．００１ｍａｓｓ％未満では顕著ではなく、
０．００５ｍａｓｓ％を超えるとＣａＯの増加を招き、
耐ＣＯ2 腐食性、耐孔食性が低下することから、Ｃａを
０．００１〜０．００５ｍａｓｓ％とした。
【００１６】本発明の鋼は以上のような成分組成を有す
るものであるが、耐食性、耐応力腐食割れ性以外に、特
に熱間加工性の観点からＳ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏを著しく低
減したところに大きな特徴がある。したがって、本発明
の鋼を用いて油井鋼管を製造するに当っては、通常の製
造工程に何ら手を加えることなく製造できる。即ち、本
発明の鋼をシームレスパイプあるいは電縫鋼管に成形し
た後、圧延のまま、または９５０〜１０５０℃の範囲内
の温度に加熱して水冷や空冷により冷却し、その後、油
井鋼管として必要な強度を得るために５５０〜６５０℃
の範囲内の温度で焼戻すのが通常である。
るものであるが、耐食性、耐応力腐食割れ性以外に、特
に熱間加工性の観点からＳ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏを著しく低
減したところに大きな特徴がある。したがって、本発明
の鋼を用いて油井鋼管を製造するに当っては、通常の製
造工程に何ら手を加えることなく製造できる。即ち、本
発明の鋼をシームレスパイプあるいは電縫鋼管に成形し
た後、圧延のまま、または９５０〜１０５０℃の範囲内
の温度に加熱して水冷や空冷により冷却し、その後、油
井鋼管として必要な強度を得るために５５０〜６５０℃
の範囲内の温度で焼戻すのが通常である。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。表１から表４までに、本発明の鋼の成分や
実験結果を比較例のそれらとともに示す。比較鋼のうち
Ａ鋼（試料記号Ａで表わされた鋼をいい、以下同様であ
る）は、ＡＰＩ（米国石油学会）規格対応の１３％Ｃｒ
マルテンサイト系ステンレス鋼であり、Ｂ鋼からＬ鋼ま
では、Ａ鋼をベースに化学成分を調整したものである
が、いずれかの成分が本発明鋼の範囲から外れたもので
ある。Ｍ鋼からＶ鋼までは、Ａ鋼をベースに化学成分を
調整した本発明鋼である。
て説明する。表１から表４までに、本発明の鋼の成分や
実験結果を比較例のそれらとともに示す。比較鋼のうち
Ａ鋼（試料記号Ａで表わされた鋼をいい、以下同様であ
る）は、ＡＰＩ（米国石油学会）規格対応の１３％Ｃｒ
マルテンサイト系ステンレス鋼であり、Ｂ鋼からＬ鋼ま
では、Ａ鋼をベースに化学成分を調整したものである
が、いずれかの成分が本発明鋼の範囲から外れたもので
ある。Ｍ鋼からＶ鋼までは、Ａ鋼をベースに化学成分を
調整した本発明鋼である。
【００１８】これらの化学成分の溶鋼を十分に脱ガスし
た後、１００キロ鋼塊とし、研究用モデルシームレス圧
延機を用いて外径８３．８ｍｍ（３．３ｉｎｃｈｅ
ｓ）、肉厚１２．７ｍｍ（０．５ｉｎｃｈｅｓ）のパイ
プを作製した。次いで各パイプから試験片素材を切り出
し、１０００℃で１時間加熱した後、空冷した。さら
に、表１から表４までに示すように、各鋼についてそれ
ぞれ３種類の温度で焼き戻し、Ａ鋼を除き、降伏強度を
６９０〜９６５ＭＰａ（１００〜１４０ｋｓｉ）のレベ
ルに調整した。それぞれの降伏強度を表１から表４まで
に示す。このように焼き戻した試験片素材から、厚さ３
ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ４０ｍｍの腐食試験片、厚さ２
ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ７５ｍｍのＵ曲げ応力腐食割れ
試験片、および平行部の直径が６．４ｍｍの定荷重引張
応力腐食割れ試験片をそれぞれ機械加工によって作製し
た。Ｕ曲げ応力腐食割れ試験片は、図１に示すように、
その試験片１を、曲げ治具２によって極率半径Ｒが８ｍ
ｍとなるように、板厚（ｔ＝２ｍｍ）方向に対して曲げ
応力を付与した状態にしたままで試験に供した。各試験
は、次の条件で実施した。
た後、１００キロ鋼塊とし、研究用モデルシームレス圧
延機を用いて外径８３．８ｍｍ（３．３ｉｎｃｈｅ
ｓ）、肉厚１２．７ｍｍ（０．５ｉｎｃｈｅｓ）のパイ
プを作製した。次いで各パイプから試験片素材を切り出
し、１０００℃で１時間加熱した後、空冷した。さら
に、表１から表４までに示すように、各鋼についてそれ
ぞれ３種類の温度で焼き戻し、Ａ鋼を除き、降伏強度を
６９０〜９６５ＭＰａ（１００〜１４０ｋｓｉ）のレベ
ルに調整した。それぞれの降伏強度を表１から表４まで
に示す。このように焼き戻した試験片素材から、厚さ３
ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ４０ｍｍの腐食試験片、厚さ２
ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ７５ｍｍのＵ曲げ応力腐食割れ
試験片、および平行部の直径が６．４ｍｍの定荷重引張
応力腐食割れ試験片をそれぞれ機械加工によって作製し
た。Ｕ曲げ応力腐食割れ試験片は、図１に示すように、
その試験片１を、曲げ治具２によって極率半径Ｒが８ｍ
ｍとなるように、板厚（ｔ＝２ｍｍ）方向に対して曲げ
応力を付与した状態にしたままで試験に供した。各試験
は、次の条件で実施した。
【００１９】（１）腐食試験 ＮａＣｌ：２０％水溶液、ＣＯ2 ：３０気圧、温度：２
００℃、期間：２週間 （２）Ｕ曲げ応力腐食割れ試験 ＮａＣｌ：２０％水溶液、ＣＯ2 分圧：３０気圧、温
度：２００℃、期間：２週間 （３）定荷重引張応力腐食割れ試験（硫化物応力腐食割
れ試験） ＮＡＣＥ水溶液（５％ＮａＣｌ＋０．５％ＣＨ5 ＣＯＯ
Ｈ＋Ｈ2 Ｏ）、Ｈ2Ｓ分圧：０．０１および０．１気圧
（ＣＯ2 を混合してバランスした）、ｐＨ：２．８およ
び３．５（ＣＨ3 ＣＯＯＮａの添加により調整した）、
負荷応力：１００％降伏強度、温度：２４℃、期間：１
か月 腐食試験では、試験片の重量減から計算した腐食速度、
および１０倍ルーペ観察により孔食発生の有無を調べ
た。Ｕ曲げ応力腐食割れ試験では、肉眼観察、および断
面の光学顕微鏡観察により割れ発生の有無を調べた。ま
た、定荷重引張応力腐食割れ試験では、所定時間内の破
断の有無を調べた。これら各試験の結果を表１から表４
までに併せて示す。
００℃、期間：２週間 （２）Ｕ曲げ応力腐食割れ試験 ＮａＣｌ：２０％水溶液、ＣＯ2 分圧：３０気圧、温
度：２００℃、期間：２週間 （３）定荷重引張応力腐食割れ試験（硫化物応力腐食割
れ試験） ＮＡＣＥ水溶液（５％ＮａＣｌ＋０．５％ＣＨ5 ＣＯＯ
Ｈ＋Ｈ2 Ｏ）、Ｈ2Ｓ分圧：０．０１および０．１気圧
（ＣＯ2 を混合してバランスした）、ｐＨ：２．８およ
び３．５（ＣＨ3 ＣＯＯＮａの添加により調整した）、
負荷応力：１００％降伏強度、温度：２４℃、期間：１
か月 腐食試験では、試験片の重量減から計算した腐食速度、
および１０倍ルーペ観察により孔食発生の有無を調べ
た。Ｕ曲げ応力腐食割れ試験では、肉眼観察、および断
面の光学顕微鏡観察により割れ発生の有無を調べた。ま
た、定荷重引張応力腐食割れ試験では、所定時間内の破
断の有無を調べた。これら各試験の結果を表１から表４
までに併せて示す。
【００２０】表１から表４までに示すように、ＡＰＩ規
格対応のＡ鋼の耐化物応力腐食割れ性は劣っており、Ｂ
鋼からＬ鋼までの比較鋼は、Ａ鋼に比べ、耐ＣＯ2 腐食
性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性、耐孔食性の点では優れて
いる場合もあるが、耐硫化物応力腐食割れ性は改善され
ていない。一方、Ｍ鋼からＶ鋼までの本発明鋼は、比較
鋼よりも耐ＣＯ2 腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性、耐
孔食性に優れ、特に耐硫化物応力腐食割れ性が改善され
ている。この改善の度合はＭ鋼からＱ鋼までのＣａ無添
加鋼でも十分に大きいが、Ｒ鋼からＶ鋼までのＣａ添加
鋼ではいっそう大きい。すなわち、Ｃａを添加した本発
明鋼は、同じＨ2 Ｓを含む環境でも、より低いｐＨ、よ
り高いＨ2 Ｓ分圧の環境への適応が可能である。Ｃａ添
加鋼を採用するか、Ｃａ無添加鋼を採用するかは、油井
またはガス井のｐＨ、Ｈ2 Ｓ分圧の条件によって決める
べきである。このように、本発明鋼は、Ｈ2 Ｓを含む油
井環境で油井鋼管として十分使用可能であることがわか
る。なお、とくにＳｉ、Ｓ、Ｏがそれぞれ本発明の範囲
外であるＣ鋼、Ｅ鋼、Ｋ鋼は、パイプ製造の際、パイプ
内面側に表面欠陥が発生し、熱間加工性が劣っていた。
格対応のＡ鋼の耐化物応力腐食割れ性は劣っており、Ｂ
鋼からＬ鋼までの比較鋼は、Ａ鋼に比べ、耐ＣＯ2 腐食
性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性、耐孔食性の点では優れて
いる場合もあるが、耐硫化物応力腐食割れ性は改善され
ていない。一方、Ｍ鋼からＶ鋼までの本発明鋼は、比較
鋼よりも耐ＣＯ2 腐食性、耐ＣＯ2 応力腐食割れ性、耐
孔食性に優れ、特に耐硫化物応力腐食割れ性が改善され
ている。この改善の度合はＭ鋼からＱ鋼までのＣａ無添
加鋼でも十分に大きいが、Ｒ鋼からＶ鋼までのＣａ添加
鋼ではいっそう大きい。すなわち、Ｃａを添加した本発
明鋼は、同じＨ2 Ｓを含む環境でも、より低いｐＨ、よ
り高いＨ2 Ｓ分圧の環境への適応が可能である。Ｃａ添
加鋼を採用するか、Ｃａ無添加鋼を採用するかは、油井
またはガス井のｐＨ、Ｈ2 Ｓ分圧の条件によって決める
べきである。このように、本発明鋼は、Ｈ2 Ｓを含む油
井環境で油井鋼管として十分使用可能であることがわか
る。なお、とくにＳｉ、Ｓ、Ｏがそれぞれ本発明の範囲
外であるＣ鋼、Ｅ鋼、Ｋ鋼は、パイプ製造の際、パイプ
内面側に表面欠陥が発生し、熱間加工性が劣っていた。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の耐硫化物応
力腐食割れ性に優れた高強度マルテンサイト系ステンレ
ス鋼は、Ｃ含有量を従来よりも著しく低減した１３％Ｃ
ｒ鋼にＮｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、及びＮを添加し、さらにＳ、
Ｓｉ、Ａｌ、Ｏを低減することによって良好な熱間加工
性を示し、さらにＣＯ2 、Ｈ2 Ｓ、Ｃｌ- を含む厳しい
腐食環境下においては十分な耐食性および耐応力腐食割
れ性を示し、しかも高強度を確保し得るものである。し
たがって上述のような過酷な環境下で使用される油井鋼
管用の鋼として好適に使用し得るものである。
力腐食割れ性に優れた高強度マルテンサイト系ステンレ
ス鋼は、Ｃ含有量を従来よりも著しく低減した１３％Ｃ
ｒ鋼にＮｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、及びＮを添加し、さらにＳ、
Ｓｉ、Ａｌ、Ｏを低減することによって良好な熱間加工
性を示し、さらにＣＯ2 、Ｈ2 Ｓ、Ｃｌ- を含む厳しい
腐食環境下においては十分な耐食性および耐応力腐食割
れ性を示し、しかも高強度を確保し得るものである。し
たがって上述のような過酷な環境下で使用される油井鋼
管用の鋼として好適に使用し得るものである。
【図１】実施例におけるＵ曲げ応力腐食割れ試験片の応
力付与状態を示す側面図である。
力付与状態を示す側面図である。
１ 試験片 ２ 曲げ治具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古君 修 愛知県半田市川崎町１丁目１番地 川崎製 鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者 丹羽 春穂 愛知県半田市川崎町１丁目１番地 川崎製 鉄株式会社知多製造所内
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｃ：０．０１ｍａｓｓ％以上０．０５ｍ
ａｓｓ％以下、 Ｓｉ：０．３０ｍａｓｓ％以下、 Ｍｎ：０．３０ｍａｓｓ％以上１．２０ｍａｓｓ％以
下、 Ｐ：０．０２５ｍａｓｓ％以下、 Ｓ：０．００３ｍａｓｓ％以下、 Ｃｒ：１２．０ｍａｓｓ％以上１４．０ｍａｓｓ％以
下、 Ｎｉ：３．０ｍａｓｓ％以上５．５ｍａｓｓ％以下、 Ｍｏ：１．０ｍａｓｓ％以上２．５ｍａｓｓ％以下、 Ｃｕ：１．０ｍａｓｓ％以上２．５ｍａｓｓ％以下、 Ａｌ：０．０１ｍａｓｓ％以上０．０５ｍａｓｓ％以
下、 Ｎ：０．０３ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下、 Ｏ：０．００５ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅお
よび不可避的不純物からなることを特徴とする耐硫化物
応力腐食割れ性に優れた高強度マルテンサイト系ステン
レス鋼。 - 【請求項２】 さらに、 Ｃａ：０．００１ｍａｓｓ％以上０．００５ｍａｓｓ％
以下、を含有することを特徴とする請求項１記載の耐硫
化物応力腐食割れ性に優れた高強度マルテンサイト系ス
テンレス鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19198395A JPH0941093A (ja) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | 耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高強度マルテンサイト系ステンレス鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19198395A JPH0941093A (ja) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | 耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高強度マルテンサイト系ステンレス鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0941093A true JPH0941093A (ja) | 1997-02-10 |
Family
ID=16283687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19198395A Withdrawn JPH0941093A (ja) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | 耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高強度マルテンサイト系ステンレス鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0941093A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8157930B2 (en) * | 2001-10-18 | 2012-04-17 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Martensitic stainless steel |
-
1995
- 1995-07-27 JP JP19198395A patent/JPH0941093A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8157930B2 (en) * | 2001-10-18 | 2012-04-17 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Martensitic stainless steel |
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